DE102006057299A1

DE102006057299A1 - Procedure for in-situ cleaning of contaminated ground water flow, comprises carrying out direct gas injection of reactive gas mixture from compressed air and oxygen with gas injection elements into the porous solid matrix of the water flow

Info

Publication number: DE102006057299A1
Application number: DE200610057299
Authority: DE
Inventors: Peter Hopp; Peter Dr. Leihkauf; Marc Ohlwein; Lutz-Peter Schmölke
Original assignee: Linde GmbH; Berliner Wasserbetriebe Anstalt des Offentlichen Rechts
Current assignee: Linde GmbH; Berliner Wasserbetriebe Anstalt des Offentlichen Rechts
Priority date: 2006-12-05
Filing date: 2006-12-05
Publication date: 2008-06-12

Abstract

The procedure for in-situ cleaning of contaminated ground water flow, comprises carrying out direct gas injection of a reactive gas mixture from compressed air and oxygen with gas injection elements into the porous solid matrix of a contaminated water flow. A reactive gas wall and a reactive outlet stream are developed and operated as flow reactors connected in rows. The compressed air and oxygen are produced continuously in a fully automatic procedure in a unit for the air separation directly on the spot. An automatic additional system is covered by a system with a liquid oxygen container. The procedure for in-situ cleaning of contaminated ground water flow, comprises carrying out direct gas injection of a reactive gas mixture from compressed air and oxygen with gas injection elements into the porous solid matrix of a contaminated water flow. A reactive gas wall and a reactive outlet stream are developed and operated as flow reactors connected in rows. The compressed air and oxygen are produced continuously in a fully automatic procedure in a unit for the air separation directly on the spot. An automatic additional system is covered by a system with a liquid oxygen container. A membrane plant is used as plant for air decomposition, in which oxygen-rich product flow is used as reactive gas mixture. The oxygen in the plant for the air decomposition based on a vacuum-change in pressure adsorption process is generated with zeolites.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur In-situ-Reinigung von kontaminierten Grundwasserströmen durch Direktgasinjektion eines reaktiven Gasgemisches aus Druckluft und Sauerstoff mit wenigen Gasinjektionselementen in die poröse Feststoffmatrix eines kontaminierten Grundwasserstromes, wobei In-situ eine reaktive Gaswand und ein reaktiver Abstrom als in Reihe geschaltete Durchflussreaktoren aufgebaut und betrieben werden.The The invention relates to a method for the in situ purification of contaminated Groundwater flows by direct gas injection of a reactive gas mixture of compressed air and oxygen with few gas injection elements in the porous solid matrix of a contaminated groundwater flow, whereby in situ a reactive gas wall and a reactive effluent constructed as series flow reactors and operated.

Zur Reinigung von Grundwasserströmen ist es erforderlich, im Grundwasser gelöste und mit dem Grundwasser transportierte Kontaminationen zu entfernen. In vielen weit verbreiteten Reinigungsverfahren wird das verunreinigte Grundwasser zu Tage gefördert, über Tage aufbereitet und anschließend wieder eingespeist. Diese Verfahren erfordern jedoch große Zeiträume, wenn die Kontamination fortlaufend nachgespeist wird, zum Beispiel durch in der Einspeisungsquelle festgebundenen Kontaminanten, die nur in kleinen Raten ins Grundwasser freigesetzt werden. Um die in derartigen Fällen auftretenden langen Zeiträume zu vermeiden, wird eine direkte Reinigung im Quellbereich angestrebt, die durch das Einlösen von Oxidationsmitteln intensiviert werden kann. Zum Abbau organischer Kontaminanten wie beispielsweise Mineralöle, chlorierte Kohlenwasserstoffe, aromatische und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe oder zur Transformation anorganischer Stoffe wie Ammonium, Sulfid, Eisen oder Mangen werden hauptsächlich Oxidationsmittel eingesetzt.to Purification of groundwater streams it is necessary to be dissolved in groundwater and groundwater remove transported contaminations. In many widespread Cleaning process will bring the contaminated groundwater to light, over days prepared and then fed again. However, these methods require large periods of time, though the contamination is continuously replenished, for example by Contaminants bound in the feed source, which only be released into the groundwater in small installments. To those in such make occurring long periods to avoid direct cleaning in the source area, by redeeming of oxidants can be intensified. To dismantle organic Contaminants such as mineral oils, chlorinated hydrocarbons, aromatic and polycyclic aromatic hydrocarbons or for the transformation of inorganic substances such as ammonium, sulfide, iron or mangles are mainly Oxidizing agent used.

In EP1550519 wird ein Verfahren zur Reinigung vorgeschlagen, wobei der Grundwasserraum als Reaktor benutzt wird. Ein Gasgemisch wird mittels einer Injektionslanze direkt in die vom kontaminierten Grundwasser durchströmte poröse Feststoffmatrix eingetragen und entlang heterogener, separater gas- oder hydrogeologischer Strömungspfade verteilt. Durch die Direktgasinjektion werden In-situ eine reaktive Wand und ein reaktiver Abstrom als in Reihe geschaltete Festbettreaktoren aufgebaut und betrieben. Die reaktive Gaswand stellt dabei ein lang gestrecktes Element mit einer bestimmten Dicke quer zur Grundwasserströmung dar, in der die nicht gelösten Gase gespeichert, verteilt und eingelöst werden sowie die primären Stoffumwandlungsreaktionen stattfinden.In EP1550519 a method for purification is proposed, wherein the groundwater space is used as a reactor. A gas mixture is introduced by means of an injection lance directly into the porous solid matrix through which the contaminated groundwater flows and distributed along heterogeneous, separate gas or hydrogeological flow paths. Direct gas injection creates and operates a reactive wall and a reactive effluent in-situ as fixed bed reactors connected in series. The reactive gas wall in this case represents an elongated element with a certain thickness across the groundwater flow, in which the undissolved gases are stored, distributed and redeemed and the primary material conversion reactions take place.

Das Gasgemisch liegt so in dem zu behandelnden Grundwasserleiter sowohl kohärent in den zusammenhängenden Gas-Porenkanalnetzwerken als auch inkohärent verteilt als mobil oder kapillar immobilisierte Gasblasen vor. Die Gasausbreitung im Porenraum erfolgt anhand der Überlagerung der hochmobilen, kohärenten Transportmechanismen im Gas-Porenkanalnetzwerk und der großräumigen inkohärenten Ausbreitungsmechanismen der Gasblasen mit dem strömenden Grundwasser.The Gas mixture is so in the treated aquifer both coherent in the related Gas-pore channel networks as well as incoherently distributed as mobile or capillary immobilized gas bubbles. The gas diffusion in the pore space takes place based on the overlay the highly mobile, coherent Transport mechanisms in the gas-pore channel network and the large-scale incoherent propagation mechanisms the gas bubbles with the flowing Groundwater.

Nach der Gaseinlösung im Grundwasser werden die reaktiven Gase durch die initiierten Stoffumwandlungsprozesse aufgebraucht. Die Nachspeisung des Gasgemisches kann dabei in Abhängigkeit vom Verbrauch sowohl durch kontinuierliche oder diskontinuierliche Injektionen als auch durch die zugeführte Menge reguliert werden. Das Gasgemisch selbst besteht dabei meist aus Druckluft als Trägergas und einem zudosierten Anteil an reaktivem Gas wie O₂, CO₂, H₂, CH₄ oder NH₃.After the gas is dissolved in the groundwater, the reactive gases are consumed by the initiated material conversion processes. The make-up of the gas mixture can be regulated depending on the consumption both by continuous or discontinuous injections and by the amount supplied. The gas mixture itself consists mostly of compressed air as the carrier gas and a metered proportion of reactive gas such as O ₂ , CO ₂ , H ₂ , CH ₄ or NH ₃ .

In neueren Untersuchungen hat sich gezeigt, dass sich vor allem durch den Einsatz von Sauerstoff als reaktives Gas in bestimmten Grundwasserleitern sehr gute Ergebnisse erreichen lassen. Nach dem Stand der Technik wird der zuzumischende Sauerstoff als Flüssigsauerstoff in Behältern bereitgestellt. Die Druckluft wird mittels Kompressoren erzeugt. Die Bereitstellung von Sauerstoff als Flüssigsauerstoff in Behältern ist kausal verbunden mit einem notwendigen Kontroll- und Überwachungssystem (z. B. Füllstand und Druck des Sauerstoffvorratsbehälters) und den daraus resultierenden logistischen Aufwendungen bei der Etablierung einer automatischen Verfahrensweise.In recent research has shown that mainly by the use of oxygen as a reactive gas in certain aquifers very achieve good results. According to the prior art will the oxygen to be admixed is provided as liquid oxygen in containers. The Compressed air is generated by compressors. The provision of oxygen as liquid oxygen in containers is causally linked to a necessary control and monitoring system (eg level and pressure of the oxygen reservoir) and the resulting logistical expenses in establishing an automatic Procedure.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Alternative zum Stand der Technik zu entwickeln, die eine kostengünstige und automatische Einspeisung der Komponenten Druckluft und Sauerstoff in Form eines reaktiven Gasgemisches in ein Verfahren zur In-situ Reinigung von Grundwasser erlaubt.Of the present invention is based on the object, an alternative to develop the state of the art, which is a cost-effective and automatic feeding of compressed air and oxygen components in the form of a reactive gas mixture in a process for in situ Purification of groundwater allowed.

Die vorliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Komponenten Druckluft und Sauerstoff in Form eines reaktiven Gasgemisches kontinuierlich in einem vollautomatischen Verfahren in einer Anlage zur Luftzerlegung direkt vor Ort erzeugt werden.The This object is achieved by the fact that the components compressed air and oxygen in the form of a reactive Gas mixture continuously in a fully automatic process be produced in a plant for air separation directly on site.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die zur Reinigung benötigte Sauerstoff-Komponente des reaktiven Gasgemisches kontinuierlich und vollautomatisch direkt am Verbrauchsort in einer Anlage zur Luftzerlegung herzustellen und somit unabhängig von einer Belieferung mit Flüssigsauerstoff eine kontinuierliche Reinigung des kontaminierten Grundwassers durchführen zu können. Die zugehörige Kompressoranlage in der Anlage zur Luftzerlegung wird zur Bereitstellung der Druckluft-Komponente des reaktiven Gasgemisches verwendet, so dass keine zusätzliche Kompressoranlage zur Drucklufterzeugung die Investitionskosten negativ beeinflusst. Die Herstellung von Sauerstoff am Verbrauchsort mit entsprechender Auslegung der Anlage zur Luftzerlegung inklusive der zugehörigen Kompressoranlage erlaubt eine bedarfsgerechte, kontinuierlich und automatische Zufuhr der Komponenten Druckluft und Sauerstoff und somit eine kontinuierliche und automatische Reinigung des Grundwassers. Zusätzlich zeichnen sich derartige Anlagen durch ein hohes Maß an Flexibilität, Zuverlässigkeit und Umweltverträglichkeit aus. Derartige Anlagen können optimal auf den Sauerstoffbedarf vor Ort angepasst werden. Die üblicherweise erfolgende Montage in Schränken, Containern oder auf Rahmen gewährleistet eine schnelle und einfache Installationen sowie bei Bedarf einen problemlosen Standortwechsel. Durch die Sauerstoffproduktion vor Ort werden Transportaufwand und Betriebsmittelverbrauch zur Gaserzeugung minimiert und eine kontinuierliche Sauerstoffversorgung an 365 Tagen im Jahr sichergestellt.The basic idea of the invention is to produce the oxygen component of the reactive gas mixture required for cleaning continuously and fully automatically directly at the place of consumption in a plant for air separation and thus be able to carry out a continuous cleaning of the contaminated groundwater independently of a supply of liquid oxygen. The associated compressor system in the plant for air separation is used to provide the compressed air component of the reactive gas mixture, so that no additional compressor system for compressed air production has a negative impact on investment costs. The production of oxygen at the place of consumption with appropriate design of the plant for air separation including the associated Kom Pressoranlage allows a demand-based, continuous and automatic supply of compressed air and oxygen and thus a continuous and automatic cleaning of groundwater. In addition, such systems are characterized by a high degree of flexibility, reliability and environmental compatibility. Such systems can be optimally adapted to the local oxygen demand. The usual installation in cabinets, containers or on frames ensures quick and easy installation and, if necessary, easy relocation. On-site oxygen production minimizes transportation and resource consumption for gas production and ensures a continuous supply of oxygen 365 days a year.

Vorteilhafterweise werden eventuell auftretende Bedarfsspitzen an Sauerstoff mittels eines automatischen Zusatzsystems, bevorzugt mittels eines Systems mit einem Flüssigsauerstoffbehälter, gedeckt.advantageously, Are possibly occurring demand peaks of oxygen means an automatic additional system, preferably by means of a system with a liquid oxygen tank, covered.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird eine Membrananlage als Anlage zur Luftzerlegung verwendet, deren sauerstoffreicher Produktstrom als reaktives Gasgemisch eingesetzt wird. Durch die Verwendung des sauerstoffangereicherten Produktstroms als reaktives Luft-Sauerstoffgemisch kann auf eine aufwendige Regelung und Mischung der Einzelkomponenten Druckluft und Sauerstoff verzichtet werden. Der annähernd drucklos anfallende sauerstoffreiche Produktstrom wird zur Druckerhöhung über einen Nachverdichter geführt, welcher mit dem unter Überdruck anfallenden stickstoffreichen Produktstrom der Membrananlage betrieben wird.In A preferred embodiment of the invention is a membrane system used as a plant for air separation, their oxygen-rich product stream is used as a reactive gas mixture. By using the oxygen-enriched product stream as a reactive air-oxygen mixture can be based on an elaborate regulation and mixing of individual components Compressed air and oxygen are dispensed with. The almost unpressurized resulting oxygen-rich product stream is used to increase the pressure over a After-compressor, which with the under pressure resulting nitrogen-rich product flow of the membrane plant is operated.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird der Sauerstoff in einer Anlage zur Luftzerlegung basierend auf einem Vakuum-Druck-Wechsel-Adsorptionsverfahren mit speziellen Zeolithen erzeugt wird. Mit einer derartigen Anlage lassen sich höhere Sauerstoffreinheiten als in einer Membrananlage erzeugen, so dass sie sich hervorragend zum Einsatz an Standorten eignet, an denen die zu reinigende Grundwasserzusammensetzung einen erhöhten Anteil von Sauerstoff im reaktiven Gasgemisch erfordert.In In another embodiment of the invention, the oxygen in an air separation plant based on a vacuum pressure-swing adsorption process produced with special zeolites. With such a system can be higher Oxygen scavenging than in a membrane plant produce, so that It is ideal for use in locations where the groundwater composition to be cleaned has an increased proportion of oxygen in the reactive gas mixture requires.

Mit der vorliegenden Erfindung gelingt es insbesondere eine Alternative zum Stand der Technik zu bilden, die eine kontinuierliche, kostengünstige und automatische Einspeisung der Komponenten Druckluft und Sauerstoff in Form eines reaktiven Gasgemisches in ein Verfahren zur In-situ Reinigung von Grundwasser erlaubt.With In particular, the present invention succeeds in an alternative To form the state of the art, which is a continuous, inexpensive and automatic Injection of the components compressed air and oxygen in the form of a reactive gas mixture in a process for the in-situ purification of groundwater allowed.

Claims

A method for the in-situ purification of contaminated groundwater streams by direct gas injection of a reactive gas mixture of compressed air and oxygen with a few gas injection elements in the porous solid matrix of a contaminated groundwater stream, wherein in situ a reactive gas wall and a reactive effluent are constructed and operated as series flow reactors , characterized in that the components compressed air and oxygen in the form of a reactive gas mixture are generated continuously in a fully automatic process in a system for air separation directly on site.

Method according to claim 1, characterized in that that occurring demand peaks of oxygen by means of an automatic Additional system, preferably by means of a system with a liquid oxygen tank, covered become.

Method according to claim 1 or 2, characterized that a membrane system is used as a plant for air separation, used their oxygen-rich product stream as a reactive gas mixture becomes.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized that the oxygen is based in a plant for air separation on a vacuum pressure-swing adsorption process produced with special zeolites.